Tüm Katı Hal İnce Film Lityum Pillerin Uygulama Geliştirme

Kimyasal güç kaynaklarının gelişimi, yüksek özgül enerji, uzun ömür ve yüksek güvenlik yönünde ilerlemektedir. Tamamı katı hal ince film lityum piller, en popüler lityum pil türü haline gelmiştir. İnorganik tamamen katı haldeki ince film lityum piller, ince film pozitif ve negatif elektrotlar ve ince film katı elektrolitler kullanır. Katı elektrolitin ince film morfolojisi, sıvı elektrolitin daha düşük iyonik iletkenliğe sahip katı bir elektrolit ile değiştirilmesini mümkün kılar. Pozitif ve negatif elektrotların ince film morfolojisi, metal lityum ve ince film silikon Wait gibi şarj ve deşarj hacminde büyük değişiklikler olan birçok pozitif ve negatif malzemenin uygulanmasını mümkün kılar. Aynı zamanda, ince film lityum pillerin ince film morfolojisi nedeniyle, mikron boyutlu pillere dönüştürmek ve hatta nano boyutlu piller için daha fazla araştırma yapmak kolaydır. Bu nedenle, ince film lityum piller, yalnızca yeni nesil kimyasal güç kaynaklarının araştırma noktası değil, aynı zamanda mikro piller üzerinde kaçınılmaz araştırma haline geldi. Geliştirme yönü.

İnorganik tamamen katı haldeki ince film lityum piller için mevcut araştırma yönergeleri temel olarak şu bölümlere ayrılmıştır: (1) Yeni pil yapılarını araştırın ve geliştirin, birim alan başına pil kapasitesini ve deşarj gücünü artırın ve düşük birim alan sorununu çözün İnce film lityum pillerin kapasitesi ve gücü: (2) İnorganik katı elektrolitlerde düşük lityum iyon iletkenliği sorununu çözmek için yüksek iyonik iletkenliğe sahip yeni katı elektrolit türleri üzerinde araştırma: (3) Yeni pozitif ve negatif elektrot türleri üzerinde araştırma , böylece film oluşumundan sonra pozitif ve negatif elektrotlar daha iyi

1. İnce film lityum pillerin yapısı üzerine araştırma

İnce film lityum pil, yapısı basit ve işlenmesi kolay klasik bir lamine yapıya sahiptir. Ancak pilin performansını daha da artırmak için ince film lityum pilin yapısı üzerine yapılan araştırmalar giderek artıyor, özellikle 3D yapılı ince film lityum pil, iyi performans beklentileri nedeniyle bir araştırma noktası haline geldi. İnce film lityum pilin 3 boyutlu yapısında, 3 boyutlu pilin gözenekli yapısına benzer. Bu tür bir pil, silikon substrat üzerinde düzenli olarak düzenlenmiş birçok mikro gözenekle işlenir ve Li difüzyon bariyer katmanı TiN, mikro gözeneklerde biriktirilir ve ardından silikon, negatif elektrot olarak kullanılır. LiPON, Elektrolittir, LiCoO2, bataryayı yapmak için pozitif elektrottur.

2. İnorganik katı elektrolit üzerine araştırma

İnorganik katı elektrolitler kullanan piller, elektrolit pillere göre elektrokimyasal stabilite, termal stabilite, şok direnci, darbe direnci, sızıntı ve kirlilik problemlerinin olmaması ve kolay minyatürleştirme ve ince film oluşumu gibi birçok avantaja sahiptir. İyi bir inorganik katı elektrolit aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: (1) Yüksek lityum iyon iletkenliği ve lityum aktif durumunda ve ortam sıcaklığı aralığında neredeyse ihmal edilebilir elektronik iletkenlik; (2) Elektrokimyasal reaksiyonlar altında kararlı olmalıdır, özellikle lityum veya lityum alaşımının negatif elektrotu ile temas halindeki arayüz; (3) Katı elektrolitin kullanılması için çevre dostu, toksik olmayan, düşük maliyetli ve hazırlaması kolay olması gerekir ve termal genleşme katsayısının en azından her iki taraftaki elektrotlarla tutarlı olması en iyisidir. çok farklı değil.

(1) Kristalin inorganik elektrolit

Şu anda, kristalin inorganik elektrolitler birçok raporda yüksek iyonik iletkenlik göstermiştir ve bunlar NASICON tipi, LISICON tipi, Thio-LISICON tipi, perovskit tipi ve diğer yapılara sahip katı elektrolitlere ayrılabilir. NASICON katı elektrolitinin yapısı genellikle M [A2B3O12] şeklindedir. NASICON elektrolitinin yüksek iyonik iletkenliğe sahip olmasına rağmen, T ürünü metal lityum tarafından kolayca indirgenir ve bu da metal lityum ile dengesiz temasa neden olur.

LISICON ayrıca yüksek iyonik iletkenliğe sahiptir. Elektrolitin iyonik iletkenliğini artırmak için tipik yapısı Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipi elektrolittir. LISICON tipi elektrolitte oksijen yerine kükürt kullanılır, örneğin Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Ve diğer yeni malzemeler, iyon iletkenliği 6.5 × 10-5S / cm'ye ulaşabilir.

İnorganik tamamen katı haldeki ince film lityum piller için mevcut araştırma yönergeleri temel olarak şu bölümlere ayrılmıştır: (1) Yeni pil yapılarını araştırın ve geliştirin, birim alan başına pil kapasitesini ve deşarj gücünü artırın ve düşük birim alan sorununu çözün İnce film lityum pillerin kapasitesi ve gücü: (2) İnorganik katı elektrolitlerde düşük lityum iyon iletkenliği sorununu çözmek için yüksek iyonik iletkenliğe sahip yeni katı elektrolit türleri üzerinde araştırma: (3) Yeni pozitif ve negatif elektrot türleri üzerinde araştırma , böylece film oluşumundan sonra pozitif ve negatif elektrotlar daha iyi

1. İnce film lityum pillerin yapısı üzerine araştırma

İnce film lityum pil, yapısı basit ve işlenmesi kolay klasik bir lamine yapıya sahiptir. Ancak pilin performansını daha da artırmak için ince film lityum pilin yapısı üzerine yapılan araştırmalar giderek artıyor, özellikle 3D yapılı ince film lityum pil, iyi performans beklentileri nedeniyle bir araştırma noktası haline geldi. İnce film lityum pilin 3 boyutlu yapısında, 3 boyutlu pilin gözenekli yapısına benzer. Bu tür bir pil, silikon substrat üzerinde düzenli olarak düzenlenmiş birçok mikro gözenekle işlenir ve Li difüzyon bariyer katmanı TiN, mikro gözeneklerde biriktirilir ve ardından silikon, negatif elektrot olarak kullanılır. LiPON, Elektrolittir, LiCoO2, bataryayı yapmak için pozitif elektrottur.

2. İnorganik katı elektrolit üzerine araştırma

İnorganik katı elektrolitler kullanan piller, elektrolit pillere göre elektrokimyasal stabilite, termal stabilite, şok direnci, darbe direnci, sızıntı ve kirlilik problemlerinin olmaması ve kolay minyatürleştirme ve ince film oluşumu gibi birçok avantaja sahiptir. İyi bir inorganik katı elektrolit aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: (1) Yüksek lityum iyon iletkenliği ve lityum aktif durumunda ve ortam sıcaklığı aralığında neredeyse ihmal edilebilir elektronik iletkenlik; (2) Elektrokimyasal reaksiyonlar altında kararlı olmalıdır, özellikle lityum veya lityum alaşımının negatif elektrotu ile temas halindeki arayüz; (3) Katı elektrolitin kullanılması için çevre dostu, toksik olmayan, düşük maliyetli ve hazırlaması kolay olması gerekir ve termal genleşme katsayısının en azından her iki taraftaki elektrotlarla tutarlı olması en iyisidir. çok farklı değil.

(1) Kristalin inorganik elektrolit

Şu anda, kristalin inorganik elektrolitler birçok raporda yüksek iyonik iletkenlik göstermiştir ve bunlar NASICON tipi, LISICON tipi, Thio-LISICON tipi, perovskit tipi ve diğer yapılara sahip katı elektrolitlere ayrılabilir. NASICON katı elektrolitinin yapısı genellikle M [A2B3O12] şeklindedir. NASICON elektrolitinin yüksek iyonik iletkenliğe sahip olmasına rağmen, T ürünü metal lityum tarafından kolayca indirgenir ve bu da metal lityum ile dengesiz temasa neden olur.

LISICON ayrıca yüksek iyonik iletkenliğe sahiptir. Elektrolitin iyonik iletkenliğini artırmak için tipik yapısı Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipi elektrolittir. LISICON tipi elektrolitte oksijen yerine kükürt kullanılır, örneğin Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Ve diğer yeni malzemeler, iyon iletkenliği 6.5 × 10-5S / cm'ye ulaşabilir.